現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)電子教案-第12章

第12章壓力測(cè)量12.1概述12.2液柱式壓力計(jì)12.3彈性壓力計(jì)12.4振筒式壓力傳感器編輯ppt12.1概述壓力是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的工藝參數(shù)之一，因此，正確地測(cè)量和控制壓力是保證工藝生產(chǎn)過(guò)程良好地運(yùn)行，到達(dá)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低耗及平安生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。編輯ppt12.1概述壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力，即物理學(xué)中常稱(chēng)的壓強(qiáng)。它的大小由受力面積和垂直作用力兩個(gè)因素所決定，用數(shù)學(xué)式表示為——壓力；

——垂直作用力；12.1.1壓力的定義——受力面積。式中，編輯ppt12.1概述

在國(guó)際單位制中，壓力的單位為表示，簡(jiǎn)稱(chēng)為“帕〞。它的物理意義是1牛頓的力垂直作用在1平方米面積上所產(chǎn)生的壓力。因帕的單位太小，工程上常用和表示。其他過(guò)去在工程上常用的單位如下：〕：這是過(guò)去工程上最常采用的壓力單位。即上所產(chǎn)生的壓力。12.1.2壓力的計(jì)量單位

均勻而垂直地作用在，稱(chēng)為“帕斯卡〞,符號(hào)以⑴工程大氣壓〔編輯ppt12.1概述 ⑵毫米汞柱〔〕、毫米水柱〔〕：在的面積上分別由水柱或水銀柱質(zhì)量所產(chǎn)生的壓力。⑶標(biāo)準(zhǔn)大氣壓:又稱(chēng)為無(wú)力大氣壓，它隨時(shí)間和地點(diǎn)的不同變化很大。 我國(guó)現(xiàn)在已統(tǒng)一采用國(guó)際統(tǒng)一單位“Pa〞。 絕對(duì)壓力：被測(cè)介質(zhì)作用于物體外表上的全部壓力稱(chēng)為絕對(duì)壓力，用符號(hào)Pi表示。編輯ppt12.1概述大氣壓力：由地球外表空氣質(zhì)量所形成的壓力，稱(chēng)為大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化，用符號(hào)Po表示。 表壓：絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮褐罘Q(chēng)為表壓，用符號(hào)Pg表示，。通常壓力測(cè)量?jī)x表總是處于大氣之中，其測(cè)得的壓力值均是表壓，此時(shí)絕對(duì)壓力大于大氣壓力。 真空度〔負(fù)壓〕：當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓為負(fù)值〔負(fù)壓力〕，其絕對(duì)值稱(chēng)為真空度，用符號(hào)表示，。編輯ppt12.1概述此外，工程上按壓力隨時(shí)間的變化關(guān)系還有靜態(tài)壓力〔不隨時(shí)間變化或變化緩慢的壓力〕和動(dòng)態(tài)壓力〔隨時(shí)間作快速變化的壓力〕之分。圖12-1

各種壓力之間的關(guān)系編輯ppt12.1概述根據(jù)不同工作原理，壓力檢測(cè)方法可分為如下幾種：⑴重力平衡方法這種方法利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測(cè)壓力相平衡的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度或平衡砝碼的重量來(lái)測(cè)量。例液柱式壓力計(jì)和活塞式壓力計(jì)。⑵彈性力平衡方法

利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換成位移，通過(guò)測(cè)量彈性元件位移變形的大小測(cè)出被測(cè)壓力。可測(cè)量壓力、負(fù)壓、絕對(duì)壓力和壓差，應(yīng)用最為廣泛。12.1.3壓力檢測(cè)的根本方法編輯ppt12.1概述⑶機(jī)械力平衡方法 這種方法是將被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量平衡時(shí)的外力測(cè)得被測(cè)壓力。力平衡式儀表可以到達(dá)較高精度，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。⑷物性測(cè)量方法利用敏感元件在壓力的作用下，其某些物理特性發(fā)生與壓力成確定關(guān)系變化的原理，將被測(cè)壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來(lái)測(cè)量。如應(yīng)變式、壓電式、電容式壓力傳感器等。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)液柱測(cè)壓是最簡(jiǎn)單的測(cè)壓手段，應(yīng)用液柱測(cè)量壓力的方法是以流體靜力學(xué)原理為根底的。它根據(jù)液柱高度來(lái)確定被測(cè)的壓力值。液柱所用的液體種類(lèi)很多，可以采用單純物質(zhì)，也可以用液體混合物，但所用液體在與被測(cè)物質(zhì)接觸處必須有一個(gè)清楚而穩(wěn)定的界面，即所用液體不能與被測(cè)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響或形成均相混合物，同時(shí)，液體在環(huán)境溫度的變化范圍內(nèi)不應(yīng)汽化、凝固。常用的工作液體有水銀、水、酒精、甲苯、甘油、有機(jī)硅油等。編輯ppt液柱壓力計(jì)最后測(cè)量的是液面的相對(duì)垂直位移，因此上限只可能達(dá)1.5m左右，下限為0.05m左右，否那么就不便于觀察，一般液柱壓力計(jì)的應(yīng)用范圍約達(dá)1m水銀柱高壓力。液柱壓力計(jì)是在U形玻璃管內(nèi)裝有一定高度的液體，一端與系統(tǒng)相連，另一端與大氣連接，一般是采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管、單管或斜管進(jìn)行壓力測(cè)量的。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)a)U形管壓力計(jì)

b)單管壓力計(jì)

c)傾斜管壓力計(jì)圖2-2

液柱式壓力計(jì)編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)圖12-2〔a〕所示的U形管是用來(lái)測(cè)量壓力和壓差的儀表。在U形管兩端接入不同壓力時(shí)，U形管兩邊管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的液柱差，液柱差的大小與被測(cè)壓力有關(guān)，因此測(cè)得液柱差即可知被測(cè)壓力或壓差的數(shù)值。根據(jù)流體靜力平衡原理可知，右邊的被測(cè)壓力、左邊被測(cè)壓力式中，—U形管內(nèi)工作液體的密度；

—重力加速度。12.2.1U形管壓力計(jì)—U形管內(nèi)孔截面積；

編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)由上式可求得兩壓力的差值或在一個(gè)壓力的情況下〔例如壓力

可見(jiàn)U形管內(nèi)的液柱差h與被測(cè)壓差或壓力成正比，因此被測(cè)壓差或壓力可以用工作液柱高度h的大小來(lái)表示。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)單管壓力計(jì)如圖12-2〔b〕所示，它相當(dāng)于將U形管的一端換成一個(gè)大直徑的容器，測(cè)壓原理仍然與U形管相同。當(dāng)大容器一側(cè)通入被測(cè)壓力，管一側(cè)通入大氣壓時(shí)，滿足以下關(guān)系式中，—兩液面的高度差；—玻璃管內(nèi)液面上升高度；—大容器內(nèi)液面下降高度；—玻璃管直徑；—大容器直徑。12.2.2單管壓力計(jì)編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)由于，故可以忽略不計(jì)，那么上式可寫(xiě)成，此時(shí)表示當(dāng)工作液體密度一定時(shí)，那么管內(nèi)工作液柱上升的高度

即可表示被測(cè)壓力的大小。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)

傾斜式壓力計(jì)是用來(lái)測(cè)量微小的壓力和負(fù)壓的，為此將與大容器連通的玻璃管做成傾斜式的以便在壓力微小變化時(shí)可提高讀數(shù)的精度。大容器通入被測(cè)壓力，那么與液柱之間的關(guān)系為由于，那么，代入上式后可得12.2.3傾斜式壓力計(jì)，斜管通大氣壓力編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)式中，—斜面與水平面夾角。角，可用水準(zhǔn)儀測(cè)校水平位置。由于酒精有較小的密度，常用它作為斜管壓力計(jì)的工作液體，以提高微壓計(jì)的靈敏度。

如果要求傾斜式壓力計(jì)測(cè)量不同的壓力范圍時(shí)，那么可采用斜管傾斜角度可變的微壓計(jì)，即通過(guò)改變傾斜角為準(zhǔn)確測(cè)定—傾斜管內(nèi)液柱的高度；編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)

，所以傾斜式壓力計(jì)比單管壓力計(jì)更靈敏，可以提高測(cè)量精度。傾斜式壓力計(jì)的測(cè)壓范圍一般為

，精度為0.5～1

級(jí)，可用來(lái)測(cè)表壓、負(fù)壓、差壓和用作校驗(yàn)低壓的標(biāo)準(zhǔn)表。其特點(diǎn)是零位刻度在刻度標(biāo)尺的下端，使用前需放置水平，調(diào)好零位。

由于編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)液柱壓力計(jì)雖然構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確度高，但耐壓程度差、容易破碎，測(cè)量范圍小、示值與工作液體的密度有關(guān)，故在使用中應(yīng)注意下面幾點(diǎn)：

1〕

被測(cè)壓力不能超過(guò)儀表測(cè)量范圍。

2〕被測(cè)介質(zhì)不能與工作液混合或起化學(xué)反響。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)與水或水銀混合或發(fā)生反響時(shí)，那么應(yīng)更換其它工作液或采取加隔離液的方法。常用的隔離液如下表12-1所示：12.2.4液柱式壓力計(jì)使用本卷須知編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)表12-1

某些介質(zhì)的隔離液

測(cè)量介質(zhì)

隔離液

測(cè)量介質(zhì)

隔離液

氯氣

氯化氫

硝酸

98%的濃硫酸或氟油

煤油

五氯乙烷

氨水、水煤氣水煤氣

氧氣

變壓器油

變壓器油

甘油

編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)3〕液柱壓力計(jì)安裝位置應(yīng)避開(kāi)過(guò)熱、過(guò)冷和有震動(dòng)的地方。過(guò)熱使工作液容易蒸發(fā)，而過(guò)冷使其容易凍結(jié)，震動(dòng)太大會(huì)將玻璃管震破，無(wú)法進(jìn)行正常的數(shù)。

4〕

由于液體的彎月現(xiàn)象，在讀取壓力值時(shí)，視線應(yīng)在液柱面上，觀察水時(shí)應(yīng)看凹面處，觀察水銀時(shí)應(yīng)看凸面處。 5〕水平放置的儀表，測(cè)量前應(yīng)將儀表放平，再校正零點(diǎn)。如果工作液面不在零位線上，可調(diào)零位器或移動(dòng)可變刻度標(biāo)尺或灌注工作液體等，使零位對(duì)好6〕工作液為水時(shí)，可在水液中參加一點(diǎn)紅墨水或其它顏色，以便于觀察讀數(shù)。

7〕在使用過(guò)程中保持測(cè)量管和刻度標(biāo)尺的清晰，定期更換工作液。經(jīng)常檢查儀表和連接管。

編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)圖12-3液面的彎月現(xiàn)象編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)當(dāng)被測(cè)壓力作用于彈性元件時(shí)，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形〔即機(jī)械位移〕。根據(jù)變形量的大小，可以測(cè)得被測(cè)壓力的數(shù)值。彈性壓力計(jì)主要由四局部組成。彈性元件是核心局部，其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測(cè)量要求選擇和設(shè)計(jì)；常用的彈性元件有彈簧管、波紋管、薄膜等，如圖12-4所示。在彈性元件與指示機(jī)構(gòu)之間是變換放大機(jī)構(gòu)，其作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大；指示機(jī)構(gòu)〔如指針和刻度標(biāo)尺〕用于給出壓力示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)圖12-4

彈性元件的結(jié)構(gòu)編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)圖12-4

彈性元件的結(jié)構(gòu)編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)

彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，各適用于不同的測(cè)壓范圍和被測(cè)介質(zhì)。近年來(lái)半導(dǎo)體材料也得到了廣泛的應(yīng)用。彈簧管式壓力計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的一種測(cè)壓儀表，并且以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。 彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，測(cè)壓范圍寬，應(yīng)用十分廣泛。，精度最高可達(dá)范圍為編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)1—彈簧管

2—拉桿3—扇形齒輪4—中心齒輪

5—指針

6—面板

7—游絲

8—調(diào)整螺釘

9—接頭圖12-5

彈簧管壓力表編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)

彈性壓力計(jì)可以在現(xiàn)場(chǎng)指示，但是許多情況下要求將信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制室。一般可以在已有的彈性壓力計(jì)結(jié)構(gòu)上增加轉(zhuǎn)換部件，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。彈性壓力計(jì)信號(hào)多采用電遠(yuǎn)傳方式，即把彈性元件的變形或位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換方式有電位器式、霍爾元件式、電感式、差動(dòng)變壓器式等，圖12-6給出兩種電遠(yuǎn)傳彈性壓力計(jì)結(jié)構(gòu)原理。編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)

a)電位器式

b)霍爾元件式